在线会议
论坛
专题
工控直播
新闻中心
子站
技术
社区
在评估视觉项目的时候，我们经常会听到有关精度的相关问题，例如：这款3D传感器的精度是多少？重复精度是多少？像素精度是多少？等等诸如此类相关精度的问题。除此之外还有另外一个描述精度的名词：真值。无论2D相机还是3D传感器，选型的理论依据首先要满足的就是精度的要求。那么这些关于精度的概念该如何理解？相互之间有没有什么关联？接下来我们结合SmartRay的ECCO 95.020+对相关精度的概念进行诠释。
1、 正确认识精度
下图展示了常见的三种概念：分辨率、准确度（精度）、重复性。分辨率表示能识别的最小尺寸，看过先前分辨率一文的读者应该有所了解。而准确度（精度）是衡量测量结果与真值之间的接近程度，真值的概念在接下来会详细介绍。重复性代表重复测量结果的一致性。这三个概念截然不同，但有时会相互影响，比如分辨率高的传感器往往精度也高。在给定精度要求或者公差范围的时候，这三者又该怎样匹配需求？我们继续往下看。
2、 3D传感器水平方向精度与分辨率
相机通过像素的明暗程度来体现现实中的物体，物体的实际尺寸在图像中也是以像素的形式体现，而像素精度是指一个像素在真实世界代表的距离，又称为分辨率，计算方式是拍摄视野除以像素值。
像素精度 (分辨率) = 视野 (Field of View) / 像素(Pixel)
SmartRay ECCO 95+系列3D传感器内部感光芯片的像素为1920 (宽度) x1200（高度）。ECCO 95.020+的视野标准宽度是25mm，那么水平方向的分辨率就是：
25mm÷1920=0.01302mm。
知道分辨率以后，衡量精度的依据往往是根据成像效果来判定稳定的像素个数，通过分辨率乘以有效像素的数目来衡量精度。
精度 = 分辨率X有效像素
下面有一个圆球，如果使用该传感器拍摄圆球（最大直径处），在2D层面可以直接算出圆直径的实际值。圆形物体的直径为19个像素，可以直接计算出来：
9pixle x 0.01302mm/pixel ≈ 0.2474mm。
图1：圆形物体示意图
3、 重复精度、线性度与真值
重复精度：是指重复测量物体同一位置时的偏差，即在给定相同的输入控制工程网版权所有，每次输出的变化量。也就是同一个产品、同样的环境，相同的测量方式，不断的重复测量，测量结果的差值。重复精度是用来衡量3D传感器每次测量数据稳定性的一个重要指标。下表是SmartRay ECCO 95.020+的相关参数的值CONTROL ENGINEERING China版权所有，在实验室条件下测量标准加工件的Z重复精度为0.2μm。
图2：ECCO 95.020+参数表
该值先前关于分辨率的概念解析一文中有说到，是实验室针对标准值测得结果。而在实际项目中往往参考分辨率衡量重复性精度，最重要的是结合实际的测试结果（点击此处，查看《读懂3D传感器产品参数：分辨率》)。这也是衡量3D传感器数据复现能力的一个重要参数。
真值：真值是指在一定的时间及空间(位置或状态)条件下CONTROL ENGINEERING China版权所有，被测量目标所体现的真实数值。真值是表示一个变量本身所具有的真实值，所以是一个理想的概念，一般情况下是无法得到的。通常所说的真值可分为“理论真值”、“约定真值”和“相对真值”。
理论真值：是指理论上该有的值，比如四边形的内角和为360度。
约定真值：是一个接近真值的值，相对真值的误差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值的平均值作为约定真值。
相对真值：是指当高一级标准器的指示值即为下一等级的真值。
在实际测量时，3D传感器的测量值与真值（这里的真值是通过其他测量仪器得到的，比如三坐标测量仪，并非理论真值）之间会有个偏差值，偏差值的大小也会被很多人称为精度。当然这里的精度不同于重复精度,在实际项目中往往会进行真值比对，就是计算测量值与真值的偏差范围。
线性度：线性度是描述传感器静态特性的一个重要指标，以被测输入量处于稳定状态为前提。在规定条件下CONTROL ENGINEERING China版权所有，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差（ΔYmax）与满量程输出（Y）的百分比，称为线性度（线性度又称为“非线性误差”），该值越小，表明线性特性越好。线性度是衡量3D传感器的测量结果和理想值保持线性关系的一种度量。
图3：线性度释义
图4：测量值与理想值线性关系示意图
4、 公差和精度
在实际评估项目的时候，有些关键尺寸的测量并没有直接给出重复精度或其他相关精度的要求，而是给出了公差范围。此时需要理清公差和测量精度的概念，以及他们之间的关系。
公差：众所周知，图纸标注产品的标准尺寸在实际加工中会产生误差，而公差（Tolerance）就是指以标准值为基准，允许误差的最大尺寸与最小尺寸之差。例如，加工一个厚度为5 mm的工件，若规定在±0.02 mm的误差内为合格，即公差为±0.02 mm。
无论精密多高的加工设备，多么完善的工艺流程，都会或多或少产生误差。无论0.1mm的误差还是0.001mm的误差，我们都必须考虑设计的标准值与实际加工出来的真实值的误差范围，不然加工出来的产品可能都是不合格的。在公差允许的范围内，尺寸虽然有误差，但产品的品质是可以得到保证的。
公差和测量精度的关系：
在讲解之前我们先思考一个问题，如果有这么一个需求，测量产品的断差，标准尺寸为10mm，公差为±0.1 mm。
假如用不同分辨率的3D传感器来测量：
ECCO 95.010+：分辨率 0.0004mm
ECCO 95.040+：分辨率 0.0016mm。
因此，根据理论值可以计算出：
ECCO 95.010+（重复精度约0.004mm）：可能将9.996 mm至10.004 mm判断为合格
ECCO 95.040+（重复精度约0.016mm）：可能将9.984 mm至10.016 mm判断为合格
所以不难看出，精度越高CONTROL ENGINEERING China版权所有，测量得到的误差越小。为满足测量产品的公差要求，3D传感器在选型的时候，精度往往比公差小一个数量级，即公差=10x精度。
这种关系是如何得到的？其实公差和测量精度10倍关系的由来，是由测量系统的CPK&GR&R定义来的，主要是由于一般定义测量系统的GR&R的要求≤10%才是一个稳定的测量系统。
依据工程经验，重复性一般要求为公差的10%为依据，即重复性也一般要求是公差的10%，根据前序文章重复性和分辨率的关系描述CONTROL ENGINEERING China版权所有，工程应用中的经验中的测量系统的一般重复性大致也是分辨率的10倍，所以也可以认为测量系统的重复性精度和分辨率要做到公差的10%，才能稳定地通过工程的CPK和GR&R要求。
而在实际项目实施的过程中，会受到外在因素的影响，如：机构稳定性、产品表面特性等因素影响，所以具体效果还要根据实际测量的结果综合判断。
.jpg)
每个联接都经得起时间考验-Moxa有奖调查.jpg)
AVEVA InTouch Unlimited试用版下载
福禄克三大“法宝”帮您搞定过程仪表校准难题
2024年度最佳产品奖颁奖典礼会后报道
2024全球自动化和制造主题峰会会后报道
